CN109962306A - 一种液体介质控温控压锂电池化成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液体介质控温控压锂电池化成装置，包括液体容器、密封系统、供液系统、控温控压系统和电源系统，该化成装置通过采用液体作为流动性介质的控温控压锂电池化成装置能避免锂电池的污染和变形，无短路危险，且在化成过程中能保障锂电池内部压力均匀，提升锂电池性能。由于可使用各种非腐蚀性液体，便捷性好，另外还可增设在化成的同时进行电化学检测及包装检漏的功能。

Description

一种液体介质控温控压锂电池化成装置
技术领域
本发明涉及锂电池化成设备，更具体地是指一种液体介质控温控压锂电池化成装置。
背景技术
锂电池化成是指锂离子锂电池组装完毕后将锂电池进行充放电的过程，该过程中锂电池体系将被激活，因此制造工序极为重要的一个环节。通过化成，锂电池的材料表面将形成一层固体电解质界面钝化层，即SEI膜。
传统的化成工艺是通过涓流充放电，在稳定温度、压力下让锂电池稳定成膜、充分成膜。然而这种方法形成的SEI膜结构紧密，孔隙小，因此需要通过高温老化使SEI膜重组，从而形成宽松多孔的膜。因为SEI膜的稳定性决定了锂电池材料在后续循环中是否会继续发生副反应，所以化成、老化的技术直接决定了锂电池的后续寿命，特别对于正负极需要成膜才能安定的锂电池体系。由于老化和化成的工序使可以交叉进行，以下将第二周期循环前的化成及老化工序统称为化成工序。传统的化成工序周期长、耗能大、占地面积大，因此已成为锂电池规模化生产中一个高成本的工序瓶颈。
近年来随着锂电池技术的发展，出现了加热加压的化成方法，如公开号为CN104538675A、CN104577206A等专利，通过对外加夹具施加压力和温度，使锂电池能够快速、稳定的成膜。然而，采用上述加热加压化成方法后，能解决上述传统方法在规模化上的缺陷，但会出现以下问题：
1、当锂电池极组上极片厚度不均匀时，采用夹具方式的施加压力会导致极组上受力不均匀，受力主要由厚的地方承受，因此导致锂电池中电解液分布不均匀。同样，压力和温度的分布不均匀使极片间距离不一致，化成时会出现电场不均匀，从而产生容量低、嵌锂不均匀甚至析锂。
2、夹具方式会出现夹具与锂电池大面积硬接触，导致锂电池出现表面污染、褶皱不平整和锂电池变形的现象。
3、加热后夹具和锂电池降温时间较长。
4、采用夹具方式需要通过大量的机械机构来实现锂电池的搬运和搁置，因此某些锂电池，比如三边甚至四边无法着力的软包，在规模化生产会收到限制。
目前，锂电池化成设备可以分类成料框式设备或夹具式设备，料框式设备是指搬运和化成时锂电池是放置在料框中的，在化成时一般无法进行温度和压力辅助控制；夹具式设备是指搬运或化成时锂电池处于夹具之间的，因此在化成时可以进行温度和压力辅助控制。也有一些设备采用料框和夹具结合的方式来提供生产效率，降低设备成本。然而采用上述原理的设备在加热化成时无法避免与锂电池表面有大面积的接触，因此出现了内部压力分布不均，表面污染或磨损等现象。
发明内容
本发明的目的是针对上述缺陷，提供一种液体介质控温控压锂电池化成装置，利用液体介质来控制化成中锂电池的温度和压力，能够实现锂电池控温控压化成过程中无污染无接触柔性增压、温度和压力均匀、且无短路危险、介质源便捷性好。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种液体介质控温控压锂电池化成装置，包括：
液体容器，用以容纳液体介质与锂电池，为锂电池进行控温控压化成提供环境；
密封系统，用以密封容器；
供液系统，为容器提供液体介质；
控温控压系统，对供入容器内的液体介质进行温度和压力的控制；
电源系统，进行供电。
所述的容器为一个或多个，多个容器之间为独立或相互连通，承受压力范围为0～250Mpa。
所述的密封系统为螺旋密封盖，材料为有机材料或金属。
所述的容器或螺旋密封盖上设有多个接线柱，接线柱之间采用绝缘结构隔离，所述的电源系统通过导线连接至接线柱。
所述的液体介质为水、油性液体或醇类液体。
所述的控温控压系统包括供入液体容器前的控温装置和供入容器后的控温装置，供入容器后的控温装置包括设于液体容器上的保温和温度补偿装置。
所述的控温装置的控温方式为电加热、红外加热、微波加热、蒸汽加热、风冷、水冷、液冷中的任意一种或数种组合，控温范围为-40℃～300℃。
所述的化成装置还包括温度监控和反馈装置、电流电压测量和反馈装置、阻抗测量及反馈装置和能量反馈回收装置。
所述的的化成装置还包括锂电池的包装检漏测试装置，通过对注入和抽出的液体成分变化检测，以判断出锂电池包装是否泄露。
在本发明的上述技术方案中，采用本发明的一种液体介质控温控压锂电池化成装置具有以下几个优点：
1、采用液体作为流动性介质的控温控压化成设备能避免锂电池的变形和表面破损。
2、采用液体作为流动性介质的控温控压化成设备在化成过程中能保障锂电池内部压力均匀，提升锂电池性能。
3、采用液体作为流动性介质的控温控压化成设备安全系数高。
4、本发明的控温控压锂电池化成装置可使用各种非腐蚀性液体，且可循环使用，成本低。
5、本发明的控温控压锂电池化成装置具有可在化成的同时进行电化学检测及包装检漏的功能。
附图说明
图1是本发明的液体介质控温控压锂电池化成装置的结构原理图(具有一个容器)；
图2是本发明的极柱密封结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
本发明的液体介质控温控压锂电池化成装置如图1所示，其主要包括液体容器、密封系统、供液系统、控温控压系统和电源系统，其中：
液体容器用以容纳液体介质与锂电池，为锂电池进行控温控压化成提供环境，可采用可密封的罐体等；密封系统用以密封液体容器；供液系统为液体容器提供液体介质，可包括液箱及供液管路等；控温控压系统对供入液体容器内的液体介质进行温度和压力的控制；电源系统进行供电。
所述的液体容器为一个(见图1)或多个液箱，多个液体容器之间为独立或相互连通，液体容器的容积任意，承受压力范围为0～250Mpa。
所述的密封系统可以采用多种密封方式，优选为螺旋密封盖结构，密封材料可以采用有机材料或金属，密封盖位置根据需要可任意设置。
所述的液体容器或螺旋密封盖1上设有多个可与外界导通的接线柱，接线柱之间采用绝缘结构隔离，接线柱的形状根据密封要求进行设计，优选采用盘式端子连接件2结构(见图2)，所述的电源系统通过导线连接至接线柱，实现与液体容器、密封系统之间的供电。
所述的液体介质可采用各种水、油性液体或醇类液体等可控温控压的液体。
所述的供液系统还包括液体检测机构，与液体容器及液体容器密封系统相连，可用以测试及反馈液体的注入体积和压力。
所述的控温控压系统包括供入液体容器前的控温装置和供入液体容器后的控温装置，供入液体容器后的控温装置包括设于液体液体容器上的保温和温度补偿装置。所述的控温装置的控温方式为电加热、红外加热、微波加热、蒸汽加热、风冷、水冷、液冷中的任意一种或数种组合，控温范围为-40℃～300℃，优选范围在-30℃～180℃。所述的控温控压系统还包括专门的增泄压控制系统，通过控制液体的注入和流出来实现压力控制。
另外，所述的化成装置还可增设增设检测、节能等功能，如包括温度监控和反馈装置、电流电压测量和反馈装置、阻抗测量及反馈装置和能量反馈回收装置。
所述的化成装置还包括锂电池的包装检漏测试装置，在控制锂电池的压力变化的同时，通过对注入和抽出的气体成分变化检测，以判断出锂电池包装是否泄露。
实施例1
如图1所示，本发明的液体介质控温控压锂电池化成装置包括电源、密封盖、液箱、液体控温系统、增泄压控制系统、可密封罐体。
密封盖、液箱、增泄压控制系统及可密封罐体均采用抗压不锈钢材质。可密封罐体中设有聚四氟乙烯材质的料架。
电源与密封盖相连接，密封盖上设置四个极柱，极柱间绝缘。极柱和密封盖盖体的连接处采用结构性方式进行密封封堵，见图2。
电源具有测量极柱间锂电池的电压、电流、温度、电容、内阻等功能。
液箱通过阀门、增泄压控制系统与可密封罐体相连，通过阀门及增泄压控制系统进行液体的注入和流出控制。注入通过增压泵完成，泄压通过螺旋阀手动控制。液箱、增泄压控制系统及密封罐体的都设有压强测试功能，任一管道设有流量计，液箱及密封罐体设有液位测试功能。
液箱内设循环铜管及加热降温装置，液体可控制温度范围为0到95度。液箱内设有温度测量功能及反馈系统，可自动控温。密封罐体外包裹绝热材料，内设温度测量装置。
密封盖可以与密封罐体通过密封控制系统进行加压密封，整个体系可承受最大压力200MPa。盖体的密封采用螺旋密封，通过气动杆驱动。
该实施例可适用于以水或导热油为介质的锂电池控温控压化成。
实施例2
与实施例1区别仅在于：1、密封盖、液箱、增泄压控制系统及密封罐体均采用铁合金材质，密封盖上设置20个极柱，极柱采用真空陶瓷电极，电极与密封盖盖体铆接后进行焊接封堵。2、设置自动化闸阀进行泄压控制。3、液箱内设快速电加热柱，箱体内壁设置冷却管道，液体可控制温度范围为-40到300度。4、密封盖可以与密封罐体通过密封控制系统进行加压密封，整个体系可承受最大压力250MPa。盖体的密封采用螺旋密封，通过电螺旋杆驱动。
该实施例可适用于以导热油为介质的锂电池控温控压化成。
实施例3
与实施例1区别仅在于：1、密封盖、液箱、增泄压控制系统及密封罐体均采用铁合金材质，电源与密封盖相连接，密封盖上设置20个极柱，极柱采用真空陶瓷电极，电极与盖体铆接后进行焊接封堵。2、电源具有测量极柱间锂电池的电压、电流、温度、电容、内阻等功能，并可将锂电池放电后的能量进行回收反馈电网。3、设置增压泵控制罐体的增压，设置自动化闸阀进行泄压控制。在泄压分路上设有液体取样口，连接色差仪和密度仪，用来随时进行取样对比。4、液箱内设快速电加热柱，箱体内壁设置冷却管道，液体可控制温度范围为-30到95度。密封罐体外包裹循环管道和绝热材料，循环管道与液箱相连，罐体同时设有温度测量装置。5、密封盖可以与密封罐体通过密封控制系统进行加压密封，整个体系可承受最大压力120MPa。
该实施例可适用于以水或者醇类为介质的锂电池控温控压化成，并可以进行锂电池检漏。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (9)

1.一种液体介质控温控压锂电池化成装置，其特征在于，包括：
液体容器，用以容纳液体介质与锂电池，为锂电池进行控温控压化成提供环境；
密封系统，用以密封容器；
供液系统，为容器提供液体介质；
控温控压系统，对供入容器内的液体介质进行温度和压力的控制；
电源系统，进行供电。
2.如权利要求1所述的一种液体介质控温控压锂电池化成装置，其特征在于：所述的容器为一个或多个，多个容器之间为独立或相互连通，承受压力范围为0～250Mpa。
3.如权利要求1所述的一种液体介质控温控压锂电池化成装置，其特征在于：所述的密封系统为螺旋密封盖，材料为有机材料或金属。
4.如权利要求3所述的一种液体介质控温控压锂电池化成装置，其特征在于：所述的容器或螺旋密封盖上设有多个接线柱，接线柱之间采用绝缘结构隔离，所述的电源系统通过导线连接至接线柱。
5.如权利要求1所述的一种液体介质控温控压锂电池化成装置，其特征在于：所述的液体介质为水、油性液体或醇类液体。
6.如权利要求1所述的一种液体介质控温控压锂电池化成装置，其特征在于：所述的控温控压系统包括供入液体容器前的控温装置和供入容器后的控温装置，供入容器后的控温装置包括设于液体容器上的保温和温度补偿装置。
7.如权利要求6所述的一种液体介质控温控压锂电池化成装置，其特征在于：所述的控温装置的控温方式为电加热、红外加热、微波加热、蒸汽加热、风冷、水冷、液冷中的任意一种或数种组合，控温范围为-40℃～300℃。
8.如权利要求1所述的一种液体介质控温控压锂电池化成装置，其特征在于：所述的化成装置还包括温度监控和反馈装置、电流电压测量和反馈装置、阻抗测量及反馈装置和能量反馈回收装置。
9.如权利要求1所述的一种液体介质控温控压锂电池化成装置，其特征在于：所述的的化成装置还包括锂电池的包装检漏测试装置，通过对注入和抽出的液体成分变化检测，以判断出锂电池包装是否泄露。
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